(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号の電磁波を入力する入力ポートと、
前記電磁波を開口から放射する複数のセクトラルホーンと、
前記入力ポートから入力された前記電磁波を複数に分配する分配器と、
前記入力ポート、前記複数のセクトラルホーン、および前記分配器の間を接続している複数の導波管とが、対向配置されている２つの導体板の一部と、該２つの導体板の間に設けられている仕切り板とを導体壁として形成されおり、
前記複数のセクトラルホーンは、前記２つの導体板に沿って各々の開口が連続配置されており、当該各々の開口の開き角がホーン部の途中から開口まで大きくなっている、一次放射器。
【請求項２】
前記分配器は、前記複数のセクトラルホーンの連続配置されている開口において、当該配置の中心部で振幅が最大となり、当該配置の端部に行くに従い振幅が小さくなるように前記電磁波を分配する、請求項１記載の一次放射器。
【請求項３】
前記分配器が複数段に接続されていることを特徴とする請求項１または２記載の一次放射器。
【請求項４】
平行に配置した２枚の金属板の間に請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の一次放射器と平板状の集波器とを配置し、前記一次放射器の前記開口の前記集波器に対する位置を可変とすることにより、前記開口から放射され前記集波器で変換された前記高周波信号の電磁波の位相を変化させることを特徴とする移相器。
【請求項５】
請求項４記載の移相器の前記金属板の一方に前記集波器との間で前記電磁波を結合させる複数のスロットを設けて成り、これらスロットから放射する前記電磁波のビーム方向を可変としたことを特徴とするビーム走査アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明はマイクロ波帯やミリ波帯等のビーム走査アンテナに使用される一次放射器に関する。この一次放射器およびそれを用いた移相器ならびにビーム走査アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波帯やミリ波帯の電磁波ビームを用いるビーム走査アンテナとして従来より多くのものが提案されている。このビーム走査の方式は機械式ビーム走査と電子式ビーム走査とに大別される。
【０００３】
機械式ビーム走査は任意の指向性を持つアンテナの一部もしくは全体を動かすことによってビーム走査するものである。この方式によれば、一般に一つのビームの走査に対して一つのアンテナを動かすため、構成は単純になる。しかし、機械的な可動部を持つために、大型になると高速ビーム走査が困難であるという問題点がある。
【０００４】
一方、電子式ビーム走査には、複数のアンテナ素子をアレー化したアレーアンテナを用いて各素子に給電される高周波信号の位相を移相器で制御してビーム走査するものと、指向性の異なる複数のアンテナをスイッチで切り替えることによってビーム走査するものとがある。これらはいずれも機械的な可動部が無いために高速ビーム走査が可能であるが、移相器やスイッチが高価であるという問題点があり、用途が限定されていた。
【０００５】
また、電子式ビーム走査によるアンテナに用いられる移相器には、ラッチングフェライトを用いたものが良く用いられている。この移相器は、位相の制御が45度刻みの８段階となるのが一般的であり、このタイプでは連続的に位相を変化させることはできないという問題点がある。さらに、スイッチと比較して応答速度が遅いという問題点があるとされている。
【０００６】
一方、スイッチによる切り替え式ではスイッチとしてＰＩＮダイオードが良く用いられる。しかし、ＰＩＮダイオードは開放もしくは短絡を切り替えるスイッチであり、挿入損失が大きいという問題点がある。また、アンテナの数だけスイッチが必要であり高価であるという問題点もある。
【０００７】
近年は半導体製造技術の進歩により、移相器やスイッチがＭＭＩＣ（Microwave Monolithic Integrated Circuit）化されつつあり、ビーム走査アンテナの高性能化が期待されるが、ＭＭＩＣもやはり高価であることから、位相の制御が可能な安価な移相器が求められていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
これに対し、本出願人は特願平11−307256号において、２枚の平行な金属平板間に配置された一次放射器と誘電体レンズもしくは反射器等からなる集波器と平行平板の一方に設けられた複数のスロットからなるビーム走査アンテナを提案している。このビーム走査アンテナによれば、一次放射器から放射された球面波の高周波信号は平行平板間を伝播し、集波器で平面波に変換される。また、一次放射器と集波器の位置関係を変化させることにより、これを移相器として電磁波の位相の傾きを制御することが可能となる。そして、平行平板の一方に設けられたスロットから移相器で位相を制御した高周波信号を直接外部に放射してビームを走査するか、またはスロットの外側に設けられた他のアンテナ素子に高周波信号を給電することによって、ビームを走査することができる。このビーム走査アンテナは、平行平板と移相器を構成する集波器および一次放射器とにより構成されているので安価に作製することが可能である。
【０００９】
さらに本発明者は特願2001−20620号において、高周波信号の不要な漏洩なしに集波器と一次放射器との位置関係を変化させることが可能な一次放射器、および集波器と一次放射器とからなる移相器、ならびに移相器と放射素子とからなるビーム走査アンテナを提案した。この一次放射器においては、一次放射器への給電線路となる導波管線路を基体中に設けた溝と溝を完全に覆うような平板で構成し、平板に導波管線路と一次放射器を結合する窓を設けている。そして、一次放射器を可動させるために基体と平板の間に隙間を設けると基体と平行平板との間に平行平板モードが発生して電磁波が漏洩するため、導波管線路を構成する溝の周りを取囲むように溝を設けてチョークとし、不要な漏洩がないようにしている。
【００１０】
一方、一次放射器の放射素子としては、導波管フランジ・ホーンアンテナ・セクトラルホーンアンテナ・モノポールアンテナ等が良く用いられる。
【００１１】
導波管フランジは導波管にフランジを取付けて後方への高周波信号の放射の回り込みを抑えたものであり、放射指向性は導波管の開口面の高周波信号の波長に対する大きさとフランジの大きさにより調整でき、開口面と地板が大きいほど指向性が強くなる。しかしながら、開口面は高次モードが発生しない範囲に留める必要があり、そのためには例えば矩形導波管の内部が空気で満たされている場合、矩形導波管断面の長手方向の寸法を高周波信号の波長より短くする必要がある。従って、強い指向性を実現することは困難であるという問題点がある。
【００１２】
これに対し、強い指向性を実現するために考えられたのが、ホーンアンテナとセクトラルホーンアンテナである。これらは導波管の先端に開口面が徐々に大きくなるようなホーンおよびセクトラルホーンを設けたものであり、滑らかに電磁界の分布を変化させて開口面を大きくし、強い指向性を実現することが可能である。ただし、ホーンの開き角が大きすぎるとホーンとしての効果が低くなる。そのため、開口面積を大きくするためにはホーンの奥行きも十分大きくする必要があり、一次放射器の大型化につながることとなるという問題点がある。
【００１３】
モノポールアンテナはモノポールに垂直な面内に球面状に広がる波を励振したい場合に用いられる。これについては、必要な範囲のみに放射するように反射板等を設けると、直接波と反射波の干渉により放射される高周波信号の電磁界分布が変化し、放射される電磁波が球面状に広がる波ではなくなってしまうという問題点がある。
【００１４】
なお、導波管フランジ・ホーンアンテナ・セクトラルホーンアンテナ・モノポールアンテナの何れにおいても、限定した範囲に高周波信号を放射させると放射中心部での電磁波の振幅が大きくなり、放射端部での電磁波の振幅は小さくなるという問題点がある。
【００１５】
一次放射器と集波器とからなる移相器から複数のアンテナ給電ポートへ給電する場合、利得を最大にするためには各給電ポートへ同振幅同位相の電磁波が給電されることが望ましい。そのためには、一次放射器から放射される高周波信号が集波器に入射するときに平面波もしくは球面波となり、振幅と位相は平面波もしくは球面波の波面となる平面上もしくは球面上で一様となることが望ましい。これに対し、導波管フランジ・ホーンアンテナ・セクトラルホーンアンテナ・モノポールアンテナ等ではそれが困難であるという問題点があった。
【００１６】
本発明はかかる従来の問題点を解決すべく案出されたものであり、その目的は、集波器と一次放射器とからなる移相器ならびにこれを用いたビーム走査アンテナに使用される一次放射器に関し、小型で、放射する高周波信号が集波器に入射する平面波もしくは球面波であり、振幅および位相が平面波もしくは球面波の波面となる面上で一様となる、安価で高信頼性で高性能な移相器ならびにビーム走査アンテナを構成できる一次放射器を提供することにある。
【００１７】
また、本発明の別の目的は、この一次放射器と集波器とを平行平板間に配置してなり、一次放射器と集波器との位置関係を変化させることにより位相を連続的に制御可能な移相器を提供することにある。
【００１８】
また、本発明の別の目的は、この一次放射器を用いた移相器を構成する平行平板の一方にスロットを設け、集波器で位相を制御した後の高周波信号をスロットから直接放射してビームを走査可能とするか、あるいは平行平板の外部に他のアンテナを設け、スロットを介して他のアンテナに高周波信号を給電してビームを走査可能とするビーム走査アンテナを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の問題点に対して検討を重ねた結果、以下の構成により上記課題を解決できることを見出した。
【００２０】
まず、給電線路から一次放射器に給電された高周波信号の信号波長をλとしたとき、幅がλ／２〜λの導波管線路を導波管型の分配器によって２本以上の導波管線路に分岐する。この分配器は１本の導波管線路と２本以上の導波管線路とを整合部で接続した構造になっており、整合部の信号伝播方向の長さは好ましくはλ／８からλの範囲で反射が最も小さくなるように選定する。分岐した導波管線路の先端のそれぞれには、自由空間に放射するために、平行に対向配置された２枚の導体板間に形成されたセクトラルホーンを各開口が連続するように取付け、全体としてホーンセクタアンテナを構成するものとする。このとき、セクタ数を多くすると各セクタに給電される電力をより細かく調整できるが、それに伴って分配器の数も多く必要となるため、一次放射器全体のサイズが大きくなることとなる。そこで、サイズと放射特性との兼ね合いにより、最適なセクタ数を決定する。
【００２１】
以上のような構成とすることにより、所望の範囲すなわちホーンセクタアンテナの全体としての開口角の範囲に高周波信号の電磁波を放射することが可能で、例えば同位相の波面が球面となるようにセクトラルホーンを配置し、分岐後の導波管線路に分配される電力の比率が全て等しければ、複数のセクトラルホーンの全体としての開口角の範囲で高周波信号の振幅と位相が一様な球面波を放射させることが可能である。
【００２２】
そして、平行に配置した２枚の金属板から成る平行平板間に上記構成の一次放射器と平板状の集波器とを配置することにより、一次放射器から放射された高周波信号の球面波を集波器で平面波に変換し、一次放射器と集波器との位置関係を変化させることにより、高周波信号の位相を変化させることができる移相器を構成することができる。
【００２３】
さらに、上記構成の一次放射器と集波器とを平行平板に挟んだ構造に対して、平行平板の一方に集波器との間で高周波信号の電磁波を結合させる複数のスロットを設け、これらスロットに給電することにより、スロットより高周波信号の電磁波を直接放射させて電磁波のビーム方向を可変とすることができ、ビーム走査アンテナとして機能させることができる。また、平行平板の外側部のスロット上に他の指向性のアンテナ素子を設け、これに位相を制御した高周波信号を給電することにより、他のアンテナ素子をビーム走査アンテナとして機能させることもできる。
【００２４】
すなわち、本発明の一次放射器は、高周波信号の電磁波を入力する入力ポートと、前記電磁波を開口から放射する複数のセクトラルホーンと、前記入力ポートから入力された前記電磁波を複数に分配する分配器と、前記入力ポート、前記複数のセクトラルホーン、および前記分配器の間を接続している複数の導波管とが、対向配置されている２つの導体板の一部と、該２つの導体板の間に設けられている仕切り板とを導体壁として形成されおり、前記複数のセクトラルホーンは、前記２つの導体板に沿って各々の開口が連続配置されており、当該各々の開口の開き角がホーン部の途中から開口まで大きくなっている、ことを特徴とするものである。
【００２５】
また、本発明の一次放射器は、上記構成において、前記分配器が前記複数のセクトラルホーンの連続配置されている開口において、当該配置の中心部で振幅が最大となり、当該配置の端部に行くに従い振幅が小さくなるように前記電磁波を分配することを特徴とするものである。
【００２６】
さらに、本発明の一次放射器は、上記構成において、前記分配器が複数段に接続されていることを特徴とするものである。
【００２７】
また、本発明の移相器は、平行に配置した２枚の金属板の間に上記本発明の一次放射器と平板状の集波器とを配置し、前記一次放射器の前記開口の前記集波器に対する位置を可変とすることにより、前記開口から放射され前記集波器で変換された前記高周波信号の電磁波の位相を変化させることを特徴とするものである。
【００２８】
また、本発明のビーム走査アンテナは、上記本発明の移相器の前記金属板の一方に前記集波器との間で前記電磁波を結合させる複数のスロットを設けて成り、これらスロットから放射する前記電磁波のビーム方向を可変としたことを特徴とするものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一次放射器および移相器ならびにビーム走査アンテナを図面を参照しつつ説明する。
【００３０】
まず図３は、本発明の比較例として従来の一次放射器の一例であるセクトラルホーン１の構成を説明するための斜視図である。また、図４は図３に示した一次放射器の一例のセクトラルホーン１の内部を破線で示した上面図である。
【００３１】
この従来の一次放射器としてのセクトラルホーン１においては、平行に対向配置された２枚の導体板間に形成された、高周波信号の電磁波の入力ポート２と、単一の開口面を有するホーン部３と、入力ポート２とホーン部３とを接続する導波管４とから成り、入力ポート２より導波管４に入力された高周波信号の電磁波はホーン部３中で徐々に広がり、その開口面から放射される。このとき、導波管４の幅は高周波信号の信号波長λの１／２〜１倍の範囲に設定される。
【００３２】
次に図１は、本発明の一次放射器の実施の形態の一例における構成を説明するための斜視図である。また、図２は図１に示した本発明の一次放射器の一例の内部を破線で示した上面図である。この本発明の一次放射器においては、平行に対向配置された２枚の導体板の間に形成された、高周波信号の電磁波の入力ポート６と、この入力ポート６に接続された導波管型の分配器７と、分配器７により電磁波が分配される複数の導波管８と、これら複数の導波管８に接続されるとともに各々の開口10が導体板に平行な方向に連続して一直線状に配置された複数のセクトラルホーン９とから成り、これにより本発明の一次放射器であるセクトラルホーンアレイとしてのセクタアンテナ５を構成している。
【００３３】
このような本発明の一次放射器であるセクタアンテナ５において、導体板としては、例えば銅・アルミ等の金属板や、セラミック基板の表面および内部の導体パターン等を使用することができ、平行に対向配置されたこの導体板間に同じ材料を用いて側壁部分を形成して、入力ポート６・分配器７・導波管８・セクトラルホーン９を形成すればよい。なお、入力ポート６・分配器７・導波管８・セクトラルホーン９の内部は、空洞（比誘電率が１の空気で満たされた状態）であってもよく、所定の比誘電率の媒質、例えば樹脂やセラミックス等で満たされていてもよい。空洞の場合には、空気の誘電損失がゼロのため、低損失とできる。また、構造はシンプルで作製が容易となる。一方、所定の比誘電率の媒質で満たされた場合には、セクトラルホーン９のサイズを比誘電率の平方根に反比例して小さくでき、小型化に有利となる。
【００３４】
また、導体板として、誘電体基板の両主面に被着形成された導体層を用い、誘電体基板の内部にこれら導体層間を高周波信号の信号波長λの２分の１未満の所定の繰り返し間隔で接続するように貫通導体群を形成して、これら貫通導体群を側壁部分としていわゆる誘電体導波管線路により入力ポート６・分配器７・導波管８・セクトラルホーン９を形成するようにしてもよい。この場合には、セラミック同時焼成技術等を応用することができ、機械加工では加工困難な複雑な形状のものも容易に作製可能となる。
【００３５】
図１・図２に示す例では、入力ポート６より入力された高周波信号の電磁波は３段に接続された２分岐の分配器７で最終的に８つの導波管８にそれぞれ分配され、最終段で各導波管８に接続された複数のセクトラルホーン９の各開口10から放射される。また、複数の分配器７はそれぞれ等分配器となっており、複数のセクトラルホーン９のそれぞれには等しい電力の電磁波が供給され、セクタアンテナ５からは振幅が一様な球面波が放射される。このように複数の分配器７を等分配器としたときには、セクトラルホーン９から放射される電磁波の球面状の波面における振幅および位相が一様になる。この球面波が後述する球面波から平面波への変換を行なう集波器を通過すると、球面波から平面波への変換が行なわれ、平面上の波面における振幅および位相が一様となり、この平面波をさらに他のアンテナに給電する際にアンテナ利得が最大となるための波源として用いることが可能となる。
【００３６】
このとき、複数の導波管８の幅は高周波信号の信号波長λの１／２〜１倍の範囲に設定される。また、この例における分配器７は１本の導波管８を２本の導波管８に分岐しているが、分配器７における１本の導波管８と２本の導波管８とを接続する整合部の長さは、高周波信号の信号波長λの１／８〜１倍の範囲の長さに設定することが望ましく、好適には約１／４倍の長さとすると高周波信号の反射損失を極めて小さなものとできる。
【００３７】
また、複数の分配器７は必ずしも等分配器とする必要はなく、例えばセクタアンテナ５の中心部で振幅が最大となり、端部に行くに従い振幅が小さくなるように分配器７の分配比率を調整することにより、集波器を通過後の平面波をその他のアンテナへの給電の信号とすることによりサイドローブを抑制することが可能となる。
【００３８】
このような本発明の一次放射器の構造による効果を確認するため、図３・図４に示した比較例の一次放射器であるセクトラルホーン１と図１・図２に示した本発明の一次放射器の実施の形態の一例であるセクタアンテナ５とについて、一次放射器の内部および外部近傍の電界強度分布を計算により求めた。
【００３９】
まず、図３・図４に示したセクトラルホーン１の寸法を次のように設定した。高周波信号の信号波長λに対して、高周波信号が入力される入力ポート２における導波管４の幅は約0.7倍、セクトラルホーン１の開口面３の長さは約15倍、開口面３の高さは約0.3倍、奥行きは約3.5倍とした。この場合の電界強度の分布についての計算結果を図５に等高線図で示す。図５より分かるように、セクトラルホーン１の開き角128度に対し、高周波信号の電磁波が放射されている角度は約92度であり、開き角の72％程度の範囲に放射されている。また、電磁波の振幅はセクトラルホーン１の中心軸上で最大であり、端部に向かうに従って小さくなっている。
【００４０】
次に、図１・図２に示した本発明の一次放射器であるセクタアンテナ５の寸法を次のように設定した。高周波信号の信号波長λに対して、高周波信号の電磁波が入力される入力ポート６における導波管の幅は約0.7倍、セクトラルホーン９の開口面10の長さは約15倍、開口面10の高さは約0.3倍、奥行きは約3.5倍、分配器７の整合部の長さは約0.25倍とした。この場合の上記と同様の電界強度の分布についての計算結果を図６に等高線図で示す。図６より分かるように、複数のセクトラルホーン９の全体としての開き角128度に対し、ほぼ等しい角度で高周波信号の電磁波が放射されている。この例では、電磁波の振幅は一次放射器の前方の球面上でほぼ一様となり、図５に示した結果と比較して、複数のセクトラルホーン９から電磁波を同振幅・同位相で放射することにより、所望の範囲の球面状の波面に対し、強制的に同振幅・同位相としていることから、一次放射器としての開口面が大きくなっていることが分かる。この結果より、このような構造の本発明の一次放射器であるセクタアンテナ５を用いることにより、アンテナゲインの向上が期待できる。
【００４１】
ただし、各セクトラルホーン９の間の仕切板の前方では電磁波の振幅が若干小さくなっているので、この影響がなるべく小さくなるようにすることが重要と考えられる。そのような対策としては、例えば図７に図２と同様の内部を破線で示した上面図で示すように、各セクトラルホーン９の開き角をホーン部の途中で大きくして仕切り板の影響を低減する方法等を採用することができる。
【００４２】
次に、本発明の一次放射器５を用いて可動部と組み合わせて構成した一次放射器部の例を図８に斜視図で示す。
【００４３】
図８において、５は図１・図２に示した本発明の一次放射器としてのセクタアンテナである。11は、高周波信号の導波管となる、幅が高周波信号の自由空間における信号波長λの略１／２で深さが信号波長λｏの略１／４である溝を内部に設けた、例えば金属から成る基体部である。基体部11の溝の底面には一端から高周波信号の信号波長λの１／８〜１／１、好ましくは略１／４または３／４の位置に入力用窓が設けられ、基体部11の下面から図示しない導波管等により高周波信号が入力される。12は基体部11の上面に溝を完全に覆うように配置される金属の平板等から成る可動部であり、この可動部12は基体部11の上面に載置されて溝とともに高周波信号の導波管を形成するとともに、この導波管の上面に位置する部位に高周波信号の結合用窓が設けられており、この結合用窓上にセクタアンテナ５が配置されている。
【００４４】
この可動部12には、基体部11の溝とともに構成する導波管を導波管の基本モードであるＴＥ10モードの高周波信号の電磁波が伝播するとした場合に磁界の振幅が最大となる溝のエッジ部の上方に、この可動部12を貫通して結合用窓を設けてある。さらに、可動部12の下面には、基体部11の溝よりも若干寸法が小さく、この溝の断面を塞ぐ反射部材が、可動部12の結合用窓から基体部11の入力用窓と逆方向に高周波信号の導波管内の管内波長λｇの１／８〜１／１、好ましくは略１／４または３／４離れた位置に信号反射用として設けられている。
【００４５】
この反射部材は、これがないと想定した場合に、可動部12の結合用窓に入力される成分としては、基体部11の入力用窓から入力され溝と可動部12とによる導波管を伝播してきた高周波信号が直接に結合用窓に入力される成分と、直接に結合用窓に入力されずに通過して導波管の端面の短絡部で反射してから結合用窓に入力される成分とがあり、結合用窓から導波管内を伝播した信号が反射される端面までの距離を直接に入力される成分と反射後に入力される成分との位相が一致するように調整すると最も結合効率が高くなるため、可動部12と結合用窓およびセクタアンテナ５を移動させても、常に結合用窓から導波管の短絡端までの距離を一定とするために反射部材を結合用窓から入力用窓と逆方向に高周波信号の管内波長λｇの略１／４または３／４程度離れた位置の可動部12の下面に取り付けるものである。
【００４６】
この結合用窓から反射部材までの距離を高周波信号の管内波長λｇの１／８〜１／１の範囲で好適なものを選定して常に一定となるようにすると、結合用窓における結合効率は最大とできる。
【００４７】
このような可動部12の結合用窓の上方にあたる部分に本発明の一次放射器であるセクタアンテナ５を配置しており、このセクタアンテナ５は可動部12の結合用窓を介して、基体部11の溝と可動部12とで構成される導波管と結合される。なお、セクタアンテナ５は可動部12の結合用窓に対して、結合用窓が導波管の短絡端から管内波長λｇの略１／８〜１／１、好ましくは略１／４または３／４離れた位置にくるように配置され、他方のホーン状に形成された開口面から所定のビーム角で高周波信号の電磁波を放射する。
【００４８】
これにより、基体部11の入力用窓から入力された高周波信号は基体部11の溝と平板状の可動部12とから成る導波管を伝播し、可動部12の結合用窓を介してセクタアンテナ５に給電され、この例では電磁波のビーム方向を略90度変換して、セクタアンテナ５から自由空間中に放射される。セクタアンテナ５は、基体部11の上を図中に矢印で示す方向に自由に平行移動可能な可動部12上に、導波管の長手方向に直交する方向で可動部12が平行移動する面方向に平行な方向に向けて配置されていることから、セクタアンテナ５は可動部12とともに基体部11上を平行移動しながら、このセクタアンテナ５が向いている方向にビーム方向を変換して高周波信号を放射する。
【００４９】
そして、図９に分解斜視図で示すように、平行に対向配置した２枚の金属板13および14から成る平行平板間に図８に示すような本発明の一次放射器であるセクタアンテナ５を用いた一次放射器部を平板状の集波器15とともに配置することにより、セクタアンテナ５の集波器15に対する位置を可変として、セクタアンテナ５から放射された球面波から集波器15で平面波に変換された高周波信号の電磁波の位相を変化させることができ、本発明の移相器を構成することができる。
【００５０】
なお、図９において、17は移相器のケースを示している。
【００５１】
さらに、同じく図９に示すように、このような本発明の一次放射器であるセクタアンテナ５と集波器15を平行に配置した２枚の金属板13・14の間に挟んだ構造の移相器に対して、金属板の一方、この例では金属板13に集波器15で位相を調整した電磁波を平行に配置した２枚の金属板13・14の外部に出力する複数のスロット16を設け、これらスロット16にセクタアンテナ５からの高周波信号を集波器15で位相を調整した後に給電することにより、スロット16から放射する電磁波のビーム方向を可変とすることができ、本発明のビーム走査アンテナとなる。
【００５２】
またさらに、図10に斜視図で示すように、これら本発明のビーム走査アンテナのスロット16上に他の指向性のアンテナ素子、例えば所定の放射スロット19がアレイ状に形成されたスロットアレイアンテナ18を設け、これに本発明のビーム走査アンテナから位相を制御した高周波信号を給電することにより、これら他のアンテナ素子をビーム走査アンテナとして機能させることもできる。
【００５３】
以上のように、平行に対向配置された２枚の導体板の間に形成された入力ポート６と導波管型の分配器７と導波管８とセクトラルホーン９とから成り、入力ポート６から入力された高周波信号の電磁波を複数の分配器７と導波管８とにより必要な数に分岐して、分岐後の複数の導波管８にそれぞれ開口10が連続して配置された複数のセクトラルホーン９を接続し、それらセクトラルホーン９を配列して構成された本発明の一次放射器であるセクタアンテナ５を用いることにより、複数の開口10の全体としての開口角で見込まれた球面波の波面となる面上でこれら開口10から放射される高周波信号の電磁波の振幅と位相を所望の範囲で一様あるいは所望の強度分布とした、高効率の本発明の移相器ならびに本発明のビーム走査アンテナを得ることができる。
【００５４】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。例えば、以上の例においては一次放射器から放射される高周波信号の電磁波が球面波となる場合について述べたが、一次放射器から放射される高周波信号の電磁波が平面波等であっても全く差し支えない。また、セクトラルホーン９への給電が複数の分配器を用いた並列給電で行なう例を示したが、直列給電による給電であっても全く差し支えない。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の一次放射器によれば、高周波信号の電磁波を入力する入力ポートと、前記電磁波を開口から放射する複数のセクトラルホーンと、前記入力ポートから入力された前記電磁波を複数に分配する分配器と、前記入力ポート、前記複数のセクトラルホーン、および前記分配器の間を接続している複数の導波管とが、対向配置されている２つの導体板の一部と、該２つの導体板の間に設けられている仕切り板とを導体壁として形成されおり、前記複数のセクトラルホーンは、前記２つの導体板に沿って各々の開口が連続配置されており、当該各々の開口の開き角がホーン部の途中から開口まで大きくなっていることから、入力された高周波信号の電磁波を必要な数に分岐して複数のセクトラルホーンより放射する高周波信号の電磁波の振幅と位相を複数のセクトラルホーンの開口で見込まれた開口角における所望の面上で一様または所望の強度分布とすることが可能となり、安価で高信頼性で高性能な移相器ならびにビーム走査アンテナを構成できる一次放射器を提供することができる。
【００５６】
また、本発明の一次放射器において、前記分配器が前記複数のセクトラルホーンの連続配置されている開口において、当該配置の中心部で振幅が最大となり、当該配置の端部に行くに従い振幅が小さくなるように前記電磁波を分配する場合には、一次放射器から放射される電磁波の振幅および位相が所望の波面上で一様となるため、アンテナの利得を最大とする波源として用いることが可能となる。
【００５７】
また、本発明の一次放射器において、前記分配器が複数段に接続されている場合には、分配器の分配比率を複数段で調整可能なため、所望の波面における振幅および位相の詳細な調整が可能であり、様々な特性のアンテナの波源として用いることが可能となる。
【００５８】
本発明の移相器によれば、平行に配置した２枚の金属板の間に本発明の一次放射器と平板状の集波器とを配置し、前記一次放射器の前記開口の前記集波器に対する位置を可変とすることにより、前記開口から放射され前記集波器で変換された前記高周波信号の電磁波の位相を変化させることから、一次放射器を可動として位相を連続的に制御可能な移相器を提供することができる。すなわち、一次放射器と集波器の位置関係を変化させることにより、スロットに給電される信号の位相の傾きを変化させることができ、その結果、簡単な構成で良好な特性を有するマイクロ波帯やミリ波帯の移相器として機能させることができる。
【００５９】
本発明のビーム走査アンテナによれば、本発明の移相器の前記金属板の一方に前記集波器との間で前記電磁波を結合させる複数のスロットを設けて成り、これらスロットから放射する前記電磁波のビーム方向を可変としたことから、一次放射器を可動とし、集波器で位相を制御した後の高周波信号をスロットから直接放射してビームを走査可能としたビーム走査アンテナとなる。さらに、これらスロット上に他の指向性のアンテナ素子を設け、スロットを介して他のアンテナに高周波信号を給電してビームを走査可能としたビーム走査アンテナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一次放射器の実施の形態の一例における構成を説明するための斜視図である。
【図２】図１に示した本発明の一次放射器の一例の内部構造を示した上面図である。
【図３】本発明の比較例となる一次放射器の構成を説明するための斜視図である。
【図４】図３に示した本発明の比較例となる一次放射器の内部構造を示した上面図である。
【図５】本発明の比較例となる一次放射器における内部および外部の電界強度分布を示す等高線図である。
【図６】本発明の一次放射器の一例における内部および外部の電界強度分布を示す等高線図である。
【図７】本発明の一次放射器の実施の形態の他の例の内部構造を示した上面図である。
【図８】本発明の一次放射器を用いた一次放射器部の例を示す斜視図である。
【図９】本発明の移相器ならびにビーム走査アンテナの実施の形態の一例を示す分解斜視図である。
【図１０】本発明のビーム走査アンテナの実施の形態の他の例を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
５・・・・・セクタアンテナ
６・・・・・入力ポート
７・・・・・分配器
８・・・・・導波管
９・・・・・セクトラルホーン
10・・・・・開口
13、14・・・金属板
15・・・・・集波器
16・・・・・スロット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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